Reifen Quo Vadis? Inhalt. Vortragsreihe: Innovationen in der Fahrzeugtechnik

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1 Inhalt Einführung: Reifenanmutung und Eigenschaften Vergangenheit Gegenwart -> Zukunft? InnovationsfelderI f Reifenentwicklung: i oleistung: Zielkonflikte, Szenarien onachhaltigkeit: Rollwiderstand, ereifen, nachwachsende achsende Materialien, Recycling ospezialisierung: selbstdichtende Reifen, selbstheilende Materialien, geräuscharme Reifen osensorik: etis, flexible Elektronik, tire2car2cloud Konzeptreifen, Zusammenfassung und Ausblick 1

2 Lamellentechnologie bereits vorhanden, interne Lamellen, Profile punktsymetrisch D Lamellen, externe Lamellen, Profil richtungsorientiert : Reifen Quo Vadis? Konvergenz der Profildesigns? (dominantes Design mit marginalen Änderungen) Tatsächlich hat es große Performanceverbesserungen gegeben, ausgelöst durch neue Materialien, Unterbaukonstruktionen und Entwicklungstools : Gürtelreifen, Silicamischungen, massive Gewichtseinsparungen i

3 [m] Entwicklung der Bremswege aus 100 km/h 80 Sichere Mobilität 70 Nassbremsen Einführung von Silica 100 km/h Brem msweg aus 60 Blockierbremsen 50 ABS/kein ABS 40 Trockenbremsen 100% ABS 30 AMG SLS with Continental CSC5 P 30m Auto Jahr Diverse Quellen: Automobilclubs, bl l b Magazine, Continental

4 Reifen Vision 2025: 4 Innovationsfelder Oberstes Ziel ist die Ausnutzung physikalischer Grenzen für max. LEISTUNG Erfüllung der höchsten Standards für NACHHALTIGKEIT SPEZIALISIERUNG durch zusätzliche Komponenten oder Funktionsstrennung von Bauteilen Der Reifen wird zum SENSOR seiner Umgebung und integriert die gewonnenen Daten in zukünftige Fahrzeugsysteme und Dienste SENSORIK LEISTUNG SPEZIALISIERUNG NACHHALTIGKEIT 4

5 Innovationsfeld LEISTUNG: Vision: 30% verbesserte Eigenschaften 30% reduziertes Gewicht 30% kürzere Entwicklungszeit SENSORIK LEISTUNG SPEZIALISIERUNG Viele Reifeneigenschaften stehen im Zielkonflikt zueinander. Es können nicht alle Reifeneigenschaften gleichzeitig i i auf ihr mögliches Maximum angehoben werden. => Nach Kundenwunsch sind verschiedene Szenarien denkbar A Eig genschaft NACHHALTIGKEIT Ausgangssituation Zielkonfliktslinie (Reifenkomponente als Parameter) Eigenschaft B 5

6 Nass Nass Nass Kosten Abrieb Kosten Abrieb Kosten Abrieb Design Design Design Rollwiderstand Rollwiderstand Rollwiderstand Was brauchen Märkte/ Kunden / Fahrzeuge in2025? Wlh Welche technischen h Lösungen gibt es um die Zielkonflikte zu überwinden? Beispiel A hoch und schmal Beispiel B Gemeinsame Beispiel C Innovative neue Materialien in +25% Rowi Entwicklung mit Gewicht? OEM Kooperation mit Zulieferern 6

7 Innovationsfeld NACHHALTIGKEIT Gesellschaft: sicher & robust Umwelt: wenig CO2 & Lärm, möglichste Verwendung nachwachsender Rohstoffe, Produktion mit Minimum an Energie und Null Abfall Wirtschaft: geringe Kosten und hohe Lebensdauer SENSORIK LEISTUNG SPEZIALISIERUNG NACHHALTIGKEIT 7 July 29 th 2014 B. Wies, P. Zmolek, O. Woidtke, Continental AG 7

8 Rollwiderstand 1: 1. Maximierung des Außendurchmessers: +1cm -1%ROWI Load 2. Verringerung der Eindrückung mittels erhöhtem Luftdruck: +0,1bar 1% ROWI p i 8

9 Rollwiderstand 2: => Große und schmale Reifen um Zielkonflikte zuverringern Standard Reifengröße: 205/55R16 Rollwiderstand = 100 % C α = 100 % Abrieb = 100 % NVH = 100% ecar Reifengröße: 195/55 R20 Rollwiderstand > 125 % C α = 98 % Abrieb ~ 100 % NVH >115 % 9

10 Eco Reifen: Rollwiderstandspotenzial Standard Reifen F Eco Reifen Conti.eContact Label C R / RR C B A Klasse A c R 6,5 kg/t Conti.eContact 10

11 Nachwachsende Rohstoffe : russischer Löwenzahn Industrialisierung von Löwenzahnanbau-anbau anbau in Zusammenarbeit mit dem Frauenhofer Institut Molekulare Biologie und angewandte Ökologie IME Aachen/ Münster Anbau auf Brachland weltweit möglich Keine Konkurrenz zu Nahrungsmittelanbau Einfache Logistik Deutlich weniger klimaabhängig als Gummibaumplantagen taraxacum koksaghyz >www.taraxagum.com 11

12 ContiLifeCycle - Werk in Hannover, Stöcken: Eröffnung Nov Stück/ Jahr LKW- und Bus-Reifen Recycling von 4000t/ Jahr abgeschliffene Lauffläche Einsparung von 2400t Kautschuk/ Jahr 10% reduzierter Rollwiderstand gegenüber herkömmlicher Runderneuerung 12

13 Innovationsfeld SPEZIALISIERUNG Nutzung des Potentials der Trennung von Funktionalitäten: Verbeserte Reifeneigenschaften durch Einbau von zusätzlichen Komponenten ContiSilent (Lärmminderung durch zusätzlichen Einbau von Schaumgummi) mmi) ContiSeal (Luftdichtheit durch zusätzliches hochviskoses h Dichtungsmedium) SENSORIK LEISTUNG SPEZIALISIERUNG NACHHALTIGKEIT 13

14 selbstdichtender Reifen: ContiSeal Häufigkeit von Reifenpannen in Europa: Alle 5 Jahre/ 70Tkm Verteilung von Reifenpannen: 3% 12% 85% Lauffläche Seitenwand Wulst Besonderheiten: Dichtet Verletzungen der Lauffläche durch Objekte bis 5 Kein Anhalten oder Reifenwechsel Die Dichtflüssigkeit ist klebrig und hochviskos. Sie wird an der Innenseite des Reifens im Bereich der Lauffläche aufgebracht 14

15 selbstheilender Gummi 1: Im konventionellen Gummi werden die Polymerketten mit covalenten Bindungen (Schwefelbrücken) vernetzt. Siekönnennichtreaktiviert nicht werden Eine Vernetzung durch ionische Gruppen, z.b. Immidazolmodifikationen kann sich wieder zurückbilden Immidazolring mit org. Rest NachG. Heinrich: Inst. für Polymerforschung, Dresden 15

16 selbstheilender Gummi 2: Heilungsbereich Schnittlinie Die Slbthil Selbstheilungsvorgänge setzen bei biraumtemperatur t bereits nach einer Stunde ein. Die höhere Betriebstemperatur im Reifen beschleunigt diese Selbstheilungsvorgänge. Vorstellbar sind dadurch sicherere Reifen (Reduzierung der Rissgefahr vor allem in der Seitenwand nach Verletzungen) und hochabriebsfeste Laufflächen (Lebensdauer des Fahrzeugs?) Quelle: Deptipta Basu, Amit Das, Gert Heinrich: Designing rubber nanocomposites for green and smart tire applications, tire technology expo

17 geräuscharmer Reifen: ContiSilent Besonderheiten: Reduziert die Hohlraumresonanz, die durch die Eigenschwingung des kreisförmigen Luftvolumens entsteht Reduziert das Fahrzeuginnengeräusch bis zu 9dB(A) in einem Frequenzbereich um 200 Hz ContiSilent Image Das Fahrverhalten bleibt davon unbeeinflußt Montage und Lagerung wie Standardreifen Die Geräusch - absorbierende Schichte wird an die Innenseite im Laufflächenbereich geklebt. 17

18 Innovationsfeld SENSORIK Der Reifen wird zum SENSOR seiner Umgebung und integriert die gewonnenen Daten in zukünftige Fahrzeugsysteme und Dienste Beispiele: TPMS Last Profiltiefe Reifeschäden -- Grip/Strassenzustand -- Apps für die Wartungsüberwachung (Winter- Sommerreifenwechsel, Alter.) SENSORIK LEISTUNG SPEZIALISIERUNG NACHHALTIGKEIT 18

19 Von etis (electronic Tire Information System) zu Assistenzfunktionen: etis Entwicklungsablauf: LKW PKW Der etis Sensor im Reifeninnenraum wird die neue Schlüsselkomponente für zukünftge Systeme Multisystem -sensor Ventil- Variante etis ventillose -Variante 19

20 elektrisch leitender Gummi flexible Elektronik : Teilweiser Ersatz des Füllstoffs durch CNTs (carbon nano tubes) Verfahrenstechnisch wesentlich ist die Dispergierung der CNTs in der Ionischen Lösung! Erhöhung der Steifigkeit E [Mpa] als Funktion der Dehnung (Payne Effekt): Erhöhung der Leitfähigkeit σ [S/cm] als Funktion des CNT Anteils: Perkolationsschwelle Perkolationsschwelle Dehnungsamplitude [%] Quelle: Subramaniam et al. Kautsch. Gummi Kunststoffe 7 8, Anteil CNTs [phr]

21 Von etis zu Assistenzfunktionen basierend auf flexibler Elektronik: Profildeformationssensor? > Strassengriffigkeit Sensoren innerhalb des Reifens: etis Reifensensor Spike Sensor Bauteile aus flexibler Elektronik Reifen Reifenbauteile (Gürtel, Karkasse) als Sensorcluster z.b. für Cordbrüche 21

22 Von etis zu Assistenzfunktionen: Neue Assistenzfunktionen für Fahrer und Fahrzeug: Richtige Reifengröße montiert? Reifen für Fahrzeug nicht zugelassen! Fülldruck Assistent Wie schnell darf ich fahren? Welcher Reifendruck? Winterreifen max. Geschwindig keit 190 km/h Neue Reifen erkannt: Tires in the Cloud New value chains for Continental: 225/45 R18 Reifendruck- Vorgaben angepasst 22

23 Internet der Dinge: neue Wertschöpfungsketten? Reifeninfos in der Cloud? z.b.: aktueller Strassenzustand Reifen Daten Intelligenter Reifen 23

24 Konzept-Reifen: mech. Tragkonstruktionen -> einschräkende Dynamik bei hohen Geschwindigkeiten! 2005: Michelin Tweel Rad Reifenkombination Speichen aus Polyurethan laut 2012: Yokohama Youmyaku = Blattader Konventionelle Felge Entwässerung durch Lauffläche Niederquerschnitt itt 2011: Bridgestone Speichen aus thermoplastischen Polymer 100% wiederverwertbar 2013: Hankook iflex Rad Felge Einheit leise, leicht wiederverwertbar färbig modular 24

25 Zusammenfassung und Ausblick Das grundlegende Design des Luftreifens ist dominant. Prinzipielle Änderungen können nur durch einen Sprungnutzen bewirkt werden. Das pneumatische Tragprinzip, i schon vor 160 Jahren patentiert, ti t wird wohl auch in Zukunft unübertroffen bleiben. (geringe Masse, schwache Dynamik) Voraussetzung für wesentliche Konstruktionsänderungen ngen sind Fortschritte in der Materialtechnologie, die auch in der Vergangenheit keine revolutionären aber doch stetige Funktionsverbesserungen gebracht haben. Umweltaspekte des Reifens werden an Bedeutung gewinnen. Der Reifen wird als aktiver Sensor in der cloud cloud des Straßenverkehrs zu mehr Sicherheit beitragen. 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!? 26

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